樹木結構之形態與動力特性研究

External Shapes and Dynamic Properties of Tree Structures

吳東霖(Dong-Lin Wu)

指導教授 ： 楊永斌

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2008.02205

摘要

每樣東西都有其固有頻率代表其特性，然而，我們認為樹木（植物）是大自然巧手下的產物，相信它之所以長成樹木結構，背後應該有一些共通的特質，以動力特性來展現。

本研究旨在利用數值分析，配合對樹木的實際觀察，探討樹木形態與動力特性間的關係。首先，對於樹木筆直的樹幹（Truck），建立其有限元素模型，並參數化其形態，藉由特徵植分析及受自重下之穩定分析，分別得出形態參數的臨界值，可視為樹幹之動力與靜力的臨界形態，能解釋真實樹幹形態之合理性，及其富有的物理性，並與前人結果比較。再者，參數化支幹（Branch）的形態，分析支幹結構（懸臂梁結構）受自重下的變形，發現支幹結構在臨界長度（critical length）狀態下，皆滿足彈性相似性（elastic similarity）及變形形態的一致性；若考慮支幹形態與支幹末端側向伸展的關係時，發現線性變斷面的支幹形態擁有最大的側向伸展距離，配合觀察實際樹木支幹，推測線性變斷面是為支幹結構最理想的形態。最後，重現31棵大王椰子樹的形態，藉由統計概念，形態與樹幹斷面形狀的考量，探討實場量測之自然振動頻率的通性；然而，此筆資料顯示形態與自然振動頻率關係並不顯著，樹木間材料性質的變異是為重要因素；且大王椰子樹的形態與材料特性似乎有相當程度的關聯。

關鍵字

樹木 ； 形態 ； 參數 ； 動力特性 ； 有限元素法

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Trees ； external shapes ； parameter ； frequency ； FEM

參考文獻

Wang, D. H., Hsieh, H. C., Tang, S. C.（2007）, “Taper Modeling on Taiwania Plantation Trees in the Liukuei Area,” Taiwan Journal of Forest Science, 22(3), 339-53.

王松永（1986），木材物理學，國立編譯館，台北。

Blacewell, P. G., Rennolls, K., and Coutts, M. P.（1990）, “A Root Anchorage Model for Shallowly Rooted Sitka spruce,” Forestry, 63(1), 73-91.

Blevins, R. D.（1979）, Formulas for Natural Frequency and Mode Shape. Van Nostand Reinhold Company Inc., New York.

Cannell, M. G. R. and Morgan, J.（1987）, “Young’s modulus of sections of living branches and tree trunks,” Tree Physiology, 3, 355-364.